类蜂窝结构高灵敏度裂变室探测器模拟仿真研究

目前的反应堆功率监测系统要求使用单一裂变电离室在适应反应堆堆芯的高γ辐射场下的中子注量率测量的同时可以以高灵敏度的脉冲工作模式适应反应堆启动阶段的低中子注量率情况下的测量。然而,由于裂变碎片在易裂变物质涂层中的射程较短,具有较强的自吸收效应,因此无法通过增大裂变材料涂层厚度提升探测器的灵敏度。本文提出了一种类蜂窝结构的圆柱栅格裂变室探测器,将探测器比表面积提高为普通圆柱电离室的3倍,从而在不增加裂变物质涂层厚度的情况下,大幅度增加了裂变物质的有效质量,实现了高的中子灵敏度。基于Geant4的蒙特卡罗模拟表明21片栅格板和2.5mg/cm^(2)的^(235)U涂层的裂变电离室可以实现3cps/nv的热中子探测灵敏度。使用Garfield++对探测器内电离电子的迁移和扩散的仿真结果表明,使用Ar/CO_(2)(96/4)作为工作气体可以平衡电离电子的漂移速度和横向扩散,并实现极间电压为725V时96.5%的电子迁移效率。本文的模拟和仿真结果表明,该类蜂窝结构裂变电离室在脉冲模式下具有高的热中子灵敏度,有希望适应反应堆从启动到满功率运行的宽量程的功率监测。

裂变室探测器在高温气冷堆核电站示范工程核测量系统中的应用

高温气冷堆核电站示范工程是我国中长期发展规划中的重大专项之一,也是我国第一座拥有自主知识产权的核电站。文章介绍了高温气冷堆核电站核测量系统的工作原理和系统组成,剖析了裂变室中子探测器的特点及其在核测量系统中的应用。裂变式探测器所具有的γ信号甄别能力强、中子通量测量范围宽等优点,应用于高温气冷堆核测量系统,可以满足大空间、宽范围的堆外中子通量测量需求,有利于简化系统组成、提高经济性。与其他压水堆核电站的核测量系统相比较,应用裂变室中子探测器具有一定的优越性。

裂变室探测器组合研制

裂变室探测器己广泛应用于中子的辐射强度、中子产额以及剂量测量，是一种气体计数器，内有裂变材料，在热核聚变研究中，需研制两种裂变室探测器组合，即微裂变室探测器组合和通用型多裂变室探测器组合。微裂变室探测器是铅笔大小的气体计数器，它作为裂变堆的堆芯监察器而被研制。

ITER聚变中子通量监测器设计

为了能测量ITER产生的10^13-10^21n·s^-1中子产额以及标定需要，要设计出一系列从高灵敏度、高探测效率到低探测效率的以^235U和^238U为裂变材料的裂变室探测器。高灵敏^235U裂变室探测器仍采用多电极并联结构以增加涂层面积，见图1（a）。低灵敏度的裂变室采用日本设计的结构，但几何尺寸按ITER的设计文件所规定的尺寸见图1（b）。

用于宽量程核脉冲评估的随机脉冲发生器设计

设计一种随机脉冲发生器能够实现1~10^(8)Hz的随机脉冲输出,主要用于模拟正比计数管和裂变室探测器在宽量程范围的脉冲输出。整个方案采用FPGA加模拟电路的设计,以FPGA为平台,设计100个随机脉冲通道并通过加法器将信号叠加,最后经缓冲器输出。其中每个通道包含一个并行LFSR随机数生成器,并利用二项分布近似泊松分布理论依据产生最高10^(8)Hz计数率的信号模拟。实验结果验证了该随机脉冲发生器输出计数率从可分辨阶段到进入计数率死区,最后到重叠至不可分辨,其信号特征都符合泊松分布和坎贝尔定理的理论模型。

产氚包层中聚变中子诊断系统的概念设计和计算

根据第一壁后聚变中子通量和能谱的空间分布和 ITER 可能输出的聚变功率、聚变中子产额、第一壁(产氚包层)之后的中子通量的蒙塔-卡罗中子输运(MCNP)计算,对氦冷却固体增殖剂中子学和产氚包层模块(NT-TBM-HCSB)的聚变中子诊断提出概念性设计,本设计提出用固定位置微型裂变室探测器和可移动封装薄箔活化分析系统测量中子倍增器之后、固体氚增殖剂中及其后的中子通量;用可移动天然金刚石探测器的紧凑型能谱仪测量中子能谱。

ITER产氚试验包层模块中子诊断系统的初步设计

给出了氦冷却固体增殖剂中子学和产氚包层模块(NT-TBM-HCSB)聚变中子诊断的初步设计,提出了用固定或可移动位置微型裂变室探测器和可移动封装薄箔活化分析系统测量中子倍增器之后、固体氚增殖剂中及其后的中子通量;用可移动天然金刚石探测器的紧凑型能谱仪测量中子能谱。此诊断系统可用于中子倍增器的倍增效率,氚增殖层的增殖率与热核实验聚变堆的运行参数、加热和加料方式、磁流体不稳定性、能量约束以及大破裂等离子体参数和状态之间的工程和物理相关关系的实验研究,测量倍增层、氚增殖包层及其后进入屏蔽层的中子通量和能谱,并与MCNP计算相比较,优化和改进中子倍增器、氚增殖包层以及屏蔽层设计,提高氚增殖率。

反应堆核测量仪表信号处理方法研究与验证

"三代"核电厂反应堆通常使用裂变室探测器作为核仪表系统中间量程中子通量测量,该探测器在抑制白噪声和γ射线等噪声方面非常有优势。裂变室探测器可以同时工作在计数模式、涨落模式和电流模式,因此能够使用一个探测器实现覆盖10个量级以上的中子通量测量。本文从裂变室探测器信号形成的基本原理出发,论述了裂变室探测器信号处理方法的关键步骤,并基于非齐次泊松过程数值仿真的方法论证了该信号处理方法的有效性,最后通过实验堆堆上试验验证裂变室探测器信号处理方法的可用性,试验结果表明在低通量条件下该信号处理方法的计数模式和涨落模式两者的线性误差小于3%,满足核反应堆中间量程中子通量的测量要求。

宽量程中子监测装置信号处理算法研究

为适应宽量程中子监测装置处理反应堆功率及倍增周期信息的需要,本文结合裂变室探测器在坎贝尔工作模式下的信号特征,基于坎贝尔定理提出能够覆盖反应堆全量程范围的功率及倍增周期归一化信号处理算法,并利用FPGA技术完成了该算法的实现及验证。验证结果表明:利用归一化算法能够有效实现不同测量模式下不同量程间的“无缝”衔接,实现测量过程中功率及周期的准确及快速响应。

氦冷却固体增殖剂产氚试验包层的中子通量和能谱测量设计初步

拟采用两套中子通量监测系统，其一是金属活化片中子通量测量系统，其二是微裂变室探测器。此两种方式各有所长，但各有不足，若二者结合，则可使组合优化。